[논문]CNG 충전소 배관시스템용 고압 차단밸브에 대한 내부 유동해석에 관한 연구

진도훈

doi:10.21289/ksic.2021.24.6.773

CNG 충전소 배관시스템용 고압 차단밸브에 대한 내부 유동해석에 관한 연구
A Study on the Internal Flow Analysis of High-pressure Shut-off Valve for CNG Charging Station Piping System 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.6/1, 2021년, pp.773 - 779

진도훈 (부산가톨릭대학교 산업보건학과)

Abstract ▼ AI-Helper

CNG, which has recently been attracting attention as an alternative fuel in the transportation field to reduce emissions caused by global warming, is natural gas with abundant reserves and mainly composed of methane. Being in a gaseous state, natural gas requires the compression and liquefaction processes for transportation. Until now, general shut-off valves for liquid and gas piping have been developed in Korea, but there are few studies on shut-off valves for high pressures of about 200 bar. Currently, research on the flow analysis of valves is being actively conducted around the world. However, there are relatively many studies on large valves such as low-pressure valves or shipbuilding and marine, and the safety factor through structural analysis to check the structural integrity of the valve is checked at the design stage. Since it is necessary to have a fast response speed while minimizing pressure and speed loss due to flow change, basic research was conducted on the flow analysis of the valve to secure design data, and the numerical analysis was performed on high-pressure automatic shut-off valves applied to CNG refueling stations. After securing the basic valve shape through reverse engineering for advanced products, we compared the valve flow coefficient Cv coefficient with advanced products. As a result, it was found that the reverse engineering model was at the level of about 60%. However, we compared the Cv coefficient by modifying the reverse engineering model, and the result showed that it was improved to about 96%.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Configuration of high pressure shut-off valve
그림 Fig. 2 Boundary conditions and mesh shape
그림 Fig. 3 Comparison of orignal and revers engineering models
그림 Fig. 4 Comparison of valve opening shape
그림 Fig. 5 Result of valve flow coefficient(Cv) for revers engineering model
그림 Fig. 6 Comparison of orignal and revers engineering models about fluid passageway
그림 Fig. 7 Comparison of revers model fluid passageway
그림 Fig. 8 Comparison of pressure distributions according to valve opening ratio at revers-1
그림 Fig. 9 Comparison of pressure distributions according to valve opening ratio at revers-2
그림 Fig. 10 Comparison of velocity distributions according to valve opening ratio at revers-1
그림 Fig. 11 Comparison of velocity distributions according to valve opening ratio at revers-2
그림 Fig. 12 Comparison of revers model fluid passageway

AI 본문요약
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가설 설정

본 연구에서는 밸브 내부를 흐르는 유동을 3차원 정상상태의 난류유동으로 가정한 유동해석을 수행하였다. 배관에서 속도분포 및 압력을 산출하기 위해서 사용된 지배방정식은 연속 방정식과 운동량 방정식이며, 난류모델은 이미 산업계에서 타당성을 검증받은 k-ε 모델을 사용하고자 하였다.

제안 방법

따라서 Fig. 7과 같이 역설계 모델을 수정하여 선진제품과 거의 동일한 수준으로 유동 통로를 확보하여 수치해석을 수행하였다.

대상 데이터

Fig. 1은 본 수치해석에서 적용되는 고압 자동 차단밸브 내부형상을 나타내고 있으며 밸브 열림 0%와 100%일 경우를 비교한 것이다.

이론/모형

배관에서 속도분포 및 압력을 산출하기 위해서 사용된 지배방정식은 연속 방정식과 운동량 방정식이며, 난류모델은 이미 산업계에서 타당성을 검증받은 k-ε 모델을 사용하고자 하였다.

성능/효과

선진제품에 대한 역설계를 통해 기본적인 밸브 형상을 확보한 후 선진제품과 역설계 모델의 밸브 유량계수 Cv계수를 비교한 결과 Cv계수는 역설계 모델이 선진제품의 약 60% 정도의 수준임을 확인할 수 있었다. 그러나 역설계 모델을 수정하여 Cv 계수를 비교한 결과 약 96% 수준까지 향상되었음을 확인할 수 있었다.
또한 역설계 모델 -1과 모델-2와 비교하면 밸브 내부에서 유동이 잘 빠져나갈 수 있도록 밸브 스탬을 지나 밸브 키퍼의 형상과 출구 통로를 수정한 결과 밸브 키퍼에서의 압력 낮게 분포하여 유동저항이 감소하였음을 확인할 수 있었고, 출구 지점 또한 유동 저항이 감소함을 확인할 수 있었다. 따라서 밸브 내부에 유동경로를 변경한 역설계 모델-2 에서 밸브 내부 유동저항이 저감되고, 유동장이 지나가는 경로를 확대함에 따라 밸브 내부에서 정체되는 유동이 감소하는 것으로 나타났다.
선진제품에 대한 역설계를 통해 기본적인 밸브 형상을 확보한 후 선진제품과 역설계 모델의 밸브 유량계수 Cv계수를 비교한 결과 Cv계수는 역설계 모델이 선진제품의 약 60% 정도의 수준임을 확인할 수 있었다. 그러나 역설계 모델을 수정하여 Cv 계수를 비교한 결과 약 96% 수준까지 향상되었음을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (7)

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Kang. C. W., Yi. C. S., Jang. S. M., Lee. C. W., "A Study of the Measurement of the Flow Coefficient Cv of a Ball Valve for Instrumentation", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol.18 No.3, pp.103-108, (2019).

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Kang. C. W., Yi. C. S., Lee. C. W., "Experiment and Flow Analysis of the Flow Coefficient Cv of a 1 inch Ball Valve f or a Thermal Power Plant", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol.18 No.3, pp.109-115, (2019).

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DOI : 10.21289/KSIC.2021.24.6.773
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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